3D打印技術(shù)去做無損檢測(cè)的缺陷模塊

施宏達(dá)

初步了解3D打印的分類，了解3D打印零件的原理，對(duì)使用3D打印制作無損檢測(cè)缺陷模塊未來對(duì)無損檢測(cè)的重大意義。

【關(guān)鍵詞】3D打印技術(shù)；無損檢測(cè)；耗材

3D打印現(xiàn)在是一種新興的行業(yè)，未來的發(fā)展空間巨大，其具有以前傳統(tǒng)行業(yè)所不具有的優(yōu)勢(shì)，將其應(yīng)用于無損檢測(cè)技術(shù)行業(yè)也是有可能的，所以我們要探討的就是運(yùn)用3D打印技術(shù)去制作無損檢測(cè)缺陷模塊中所存在的問題。

1 3D打印所具有的特性

1.1 智能化制造

3D打印它能通過在電腦上用制圖軟件如：CAD，PRO/E等將圖像智能化，可以直接傳輸?shù)綑C(jī)器使其自動(dòng)打印出你在軟件中所畫出的東西，而這些制作好的圖像也能進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)傳輸，使其他地方也能更加智能化的制造。

1.2 降維度打印

3D打印理論上上可以打印任何物品，因?yàn)槠涞拇蛴》绞绞且粚右粚哟蛴’B加起來的，是將三維的物體以二維的方式疊加而成，而且制造起來更加簡(jiǎn)潔，不會(huì)出太大問題。

1.3 效率高

3D打印能將你需要的物品一次性打印出來，以前需要幾個(gè)機(jī)床才能制造出來的東西現(xiàn)在只需要一臺(tái)打印機(jī)就能完成了。而且更加快速和直接。

2 3D打印耗材問題。

3D打印的耗材是目前限制3D 打印技術(shù)廣泛應(yīng)用的主要因素。目前已研發(fā)的材料主要有塑料、樹脂和金屬等，雖說這幾種耗材能應(yīng)用的領(lǐng)域比較多，但有些行業(yè)在應(yīng)用這些耗材時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些質(zhì)量問題，由于耗材的理化性質(zhì)會(huì)有所不同，所以要研究材料之間的相互融合的一些物理結(jié)構(gòu)的關(guān)系，開發(fā)質(zhì)量測(cè)試程序和方法，建立材料性能數(shù)據(jù)的規(guī)范性標(biāo)準(zhǔn)等。例如空客概念飛機(jī)的仿真結(jié)構(gòu)，要求有很高的硬度并且機(jī)身必須透明且，為了符合這些要求就需要研發(fā)新型的復(fù)合材料。此外，目前對(duì)金屬材料進(jìn)行3D 打印的需求極大，如工具鋼、不銹鋼、鈦合金、鎳基合金、銀和金等，但目前因?yàn)檫@些金屬的本身結(jié)構(gòu)問題還未徹底解決，所以在金屬打印制品上還未能得到突破，其質(zhì)量檢測(cè)也能過關(guān)。其中存在的3D打印其理化特性的測(cè)試檢驗(yàn)項(xiàng)目問題，如物理力學(xué)方面和材料金相組織等項(xiàng)目無法進(jìn)行。除化學(xué)成分分析外，其中粉體材料應(yīng)著重關(guān)注粉體之間的融合，粉體密度，粉體之間存在的空隙等參量。而這些都可以運(yùn)用無損檢測(cè)的方法檢測(cè)出材料內(nèi)部缺陷的檢測(cè)與表征，還可實(shí)現(xiàn)材料的密度，空隙程度以及其內(nèi)部各種非連續(xù)性問題等方面的無損測(cè)試與表征；這對(duì)縮短材料的研發(fā)與生產(chǎn)周期和成本有積極意義。

3 3D打印制作模塊中存在的缺陷。

運(yùn)用3D打印技術(shù)去將檢測(cè)到的缺陷模塊打印出來，這對(duì)于無損檢測(cè)技術(shù)方面提供了一個(gè)新的思路，但是要實(shí)現(xiàn)這一想法的先解決3D打印制作的模塊中存在著的問題，其中的材料特性和特征參量是缺陷的主要原因。為確保3D打印制品的質(zhì)量的可靠性和安全性，研究和制備過程中需要充分地分析3D打印制品的材料性能以及進(jìn)一步了解材料微區(qū)間的問題，了解材料之間出現(xiàn)裂紋，缺陷以及未融合等現(xiàn)象。

4 3D打印制品應(yīng)用無損檢測(cè)的制約。

3D打印制品在制備和使用過程中，某些缺陷的產(chǎn)生是難以回避的。2000年，美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室、英國(guó)伯明翰大學(xué)以及曼徹斯特大學(xué)分別在TC4及316L不銹鋼激光快速成形件內(nèi)部，觀察到了氣孔及融合不良缺陷。因此，對(duì)該技術(shù)制造出的零件表面及內(nèi)部質(zhì)量檢測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展的程度，直接制約了3D打印技術(shù)在無損檢測(cè)方面的應(yīng)用前景。

研究表明，依據(jù)3D打印材料中缺陷形成的不同特征，歸納出3D打印中產(chǎn)生缺陷的主要原因有兩方面：

（1） 材料自身具有的理化特性造成的缺陷，由于是材料本身存在著的特性問題，而且是3D打印技術(shù)無法回避技術(shù)缺陷，打印機(jī)只是負(fù)責(zé)將材料按照參量打印出模型，并無法控制材料之間融合的理化性質(zhì)，這就導(dǎo)致了模塊形成氣孔等問題。

（2）模型參量和打印設(shè)備的缺陷，由于3D打印輸入的模型參量有一些錯(cuò)誤或者是打印設(shè)備的精準(zhǔn)度不夠都會(huì)造成缺陷，造成缺陷的主要表現(xiàn)有存在空隙和完全融合。

5 3D打印制作無損檢測(cè)模塊的意義

運(yùn)用3D打印技術(shù)制作無損檢測(cè)模塊對(duì)于檢測(cè)行業(yè)無疑是個(gè)里程碑式的突破，現(xiàn)階段的無損檢測(cè)雖然在國(guó)外已經(jīng)非常成熟了，但是我們國(guó)內(nèi)的技術(shù)的發(fā)展并不是很好。無損檢測(cè)只是利用射線，超聲，紅外以及電磁等原理對(duì)材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)異常或缺陷存在所引起的對(duì)光，聲，熱，電，磁等物理量的變化，來探測(cè)各種零件材料內(nèi)部和表面缺陷。并不能實(shí)際觀測(cè)到缺陷，而運(yùn)用3D打印技術(shù)將那部分有缺陷的模塊打印出來，在進(jìn)行實(shí)際的理化測(cè)試，這樣能更加的了解這部分缺陷對(duì)零件的危害和作用，這是運(yùn)用3D打印技術(shù)在無損檢測(cè)方面的優(yōu)勢(shì)所在，但是突破3D打印技術(shù)的缺陷是實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的前提。

6 結(jié)論

對(duì)于3D打印缺陷模塊中還存在著許多待解決的問題，技術(shù)上的困擾，理論上的空白，還有生產(chǎn)材料上的問題等等。目前運(yùn)用3D打印技術(shù)制作無損檢測(cè)缺陷模塊的技術(shù)也需要在以上這些制作技術(shù)得到突破的基礎(chǔ)上才能得一步繼續(xù)發(fā)展，因此我們還需要時(shí)間去解決這些問題。

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作者單位

通化師范學(xué)院物理學(xué)院 吉林省通化市 134000